Транспортный вариатор "трансунвартор - полуавтомат черняева"

 

Использование: на транспорте и в машиностроении. Сущность изобретения: транспортный вариатор содержит планетарный зубчато-фрикционный механизм, включающий установленные на подпружиненных подвесках параллельно осям валов сателлитные блоки в виде набора шестерен последовательно меняющихся диаметров, чередующиеся опорными фрикционными поясками с заходными фасками, соосные сателлитным блокам зубчатые венцы, зацепленные через промежуточные шестерни с блоком зубчатых колес ведомого вала, центральное колесо, имеющее возможность частичного поворота под действием реактивного момента нагрузки, соединенное с элементом автоматического регулирования мощности двигателя, и механизм осевого перемещения центрального колеса с приводом на ползун-рейку, снабженную шариковым фиксатором совпадения зубчатых зацеплений и подпружиненным двуплечим рычагом, освобожденное состояние которого соответствует минимальным оборотам двигателя до расцепления передачи на ведомый вал.6 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортных средствах в качестве механизма регулирования скорости и согласования мощности двигателя с крутящим моментом ведущих колес.

Известны транспортные вариаторы разнообразных конструкций.

Известен вариационный мультипликатор с авторедуцированием [1] который предназначен для скоростных транспортных средств и содержит соосные валы с механизмом изменения передаточного отношения в виде упругого обода, изменение эллипсности которого ведет через систему тяговых элементов к изменению частоты ведомого вала.

Однако этот вариатор не рассчитан на большие мощности.

Известен более простой фрикционный вариатор планетарного типа [2] котоpый также содержит соосные ведущий и ведомый валы, соединенные планетарной фрикционной парой, причем сателлит приводится в круговое движение от изменяемого эксцентрика ведущего вала. Осевое перемещение центрального колеса приводит к изменению частоты ведомого вала. Этот вариатор не рассчитан на трансформацию больших частот.

Наиболее близким к изобретению является фрикционный вариатор [3] содержащий раздельную противоположно направленную зубчатую передачу от ведущего вала на центральный вал и на соосный ему наружный цилиндр. Эти элементы оснащены соответственно дисками и кольцами, имеющими возможность взаимного осевого перемещения для изменения передаточного масла. Между коническими поверхностями этих дисков и колец, в обойме, соединенной с ведомым валом, размещены валики противоположной конусности. При продольно-осевом расположении дисков и колец, когда обкаткам ими валиков происходит без проскальзывания, валики вращаются свободно вокруг своих осей, и ведомый вал не приводится во вращение. Во всех других случаях разница окружных скоростей разных контактирующих диаметров валиков на дисках и кольцах создает результирующую окружную скорость вращения обоймы и, следовательно, ведомого вала в ту или другую сторону.

Двухстороннее заклинивание валиков между дисками и кольцами безусловно повышает величину передаваемой мощности. Однако это достигается большой сложностью механизма совместного относительного смещения дисков и колец, которую при данном принципе работы вариатора трудно избежать. Далее, кинематика механизма требует пологой конусности валиков, что увеличивает габариты и величину необходимого рабочего натяга. Блочная установка двухконусных валиков конструктивно невозможна из-за невозможности размещения механизмов винтовых стяжек дисков и колец. Отсюда возникает большая величина неразделенных нагрузок. Вариатор-прототип не может иметь обратной связи входа и выхода, что затрудняет автоматизацию процесса отбора мощности. Постоянная жесткая связь ведущего и ведомого валов исключает инерционный режим, т.е. использование вариатора в качестве транспортного. Кроме того, скорость ведомого вала определена только фрикционным сцеплением, что опасно в режиме нулевой скорости, так как может привести к самопроизвольному вращению ведомого вала.

Задачей изобретения является создание транспортного вариатора, лишенного недостатков прототипа, надежного и удобного в эксплуатации устройства для замены в транспортных средствах коробок скоростей.

Для этого транспортный вариатор, содержащий коpпус, ведущий и ведомый валы, параллельно осям валов установленные сателлиты, центральное колесо с внутренними рабочими поверхностями с механизмом его осевого перемещения, блок зубчатых колес ведомого вала, педаль управления и элемент регулирования мощности двигателя, снабжен подпружиненными подвесками, установленными с возможностью поворота на штангах фланцев ведущего вала, в щеках подвесок установлены оси сателлитов, которые объединены в сателлитные блоки и имеют соосные зубчатые венцы, связанные через промежуточные шестерни с блоком зубчатых колес ведомого вала.

Установка сателлитов в виде параллельных блоков дает возможность, во-первых, применить зубчатое цилиндрическое зацепление стандартного профиля, а во-вторых, распределить нагрузку по сателлитам блоков, что повышает их сцепление и уменьшает износ.

Механизм осевого перемещения центрального колеса выполнен в виде реечных зубьев, кольцами охватывающих поверхность его цилиндра, зубчатых секторов и зубчатого привода на ползун-рейку педали управления. Механизм снабжен подпружиненным штырем, который размещен в продольном пазу центрального колеса и в поперечном пазу корпуса и тросом соединен с элементом регулирования мощности двигателя. Таким образом фиксируется действующий реактивный момент, изменение которого изменяет мощность, отдаваемую двигателем, и приводит ее в соответствие с крутящим моментом на ведущих колесах, что повышает экономичность и экологичность транспортного средства.

Ось поворота педали управления может разделять ее на два плеча, связанных тросом с рычагом элемента форсирования мощности и пружиной сжатия-растяжения, освобожденное состояние которой соответствует установке рычага в положение минимальных оборотов двигателя, при которых сателлиты еще контактируют с венцами центрального колеса. Такое устройство педали управления повышает удобство эксплуатации. Нажим на одно плечо ведет к увеличению оборотов двигателя, нажим на другое плечо к холостым оборотам и инерционному пробегу транспортного средства.

Сателлиты каждого сателлитного блока могут быть выполнены в виде набора шестерен с чередующимися опорными поясками, рабочими и заходными фасками, при этом центральное колесо состоит из колец, снабженных зубчатыми венцами, огражденными торцовыми кольцами с рабочими и заходными фасками и опорными поясками. Это обеспечивает плавность зубчатого переключения, достаточность сцепления и нормальный осевой зазор зубчатых зацеплений.

Сателлитные блоки могут быть выполнены из одинаковых шестерен, разделенных проставками с заходными фасками, при этом кольца центрального колеса представляют собой набор шестерен с внутренним зацеплением.

Боуден-оболочка троса элемента автоматического регулирования мощности двигателя может быть соединена с тросом форсирования мощности от педали управления. Такое соединение обеспечивает независимость управления частотой двигателя от автоматического режима управления, что необходимо, например, для прогрева двигателя.

Ползун-рейка педали управления может быть снабжена шариковым фиксатором, имеет чередующиеся скосами лунки, определяющие устойчивое положение педали в местах, соответствующих полному совпадению зубчатых венцов сателлитов с зубчатыми венцами центрального колеса, а также снабжен пружиной сжатия-растяжения, для установки педали управления при ее освобождении в положение, соответствующее остановке ведомого вала, и демпфером-замедлителем обратного хода. Это устройство значительно повышает технику безопасности вождения транспортного средства. Если по какой-либо причине нога водителя будет убрана с педали, например, при потере водителем способности к управлению или при аварийном торможении, педальный рычаг займет промежуточное положение, ползун-рейка переместит центральное колесо в зону, соответствующую остановке ведомого вала, т. е. затормозит транспортное средств в заданном демпфером режиме скорости автоматического торможения.

Для расширения диапазона регулирования ведомый вал может быть снабжен ускоряющей передачей.

На фиг.1 изображен транспортный вариатор, установленный на транспортном средстве, вид сбоку; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 узел I на фиг;1; на фиг.4 узел I на фиг.1, вариант; на фиг.5 разрез по Б-Б на фиг.2.

Транспортный вариатор состоит из корпуса 1, ведущего вала-водила 2, соединенного с валом-маховиком 3 двигателя и снабженного фланцами 4, через которые проходят штанги 5. На штангах с возможностью поворота установлены подвески 6. Щеки 7 подвесок несут в своих подшипниках 8 шлицевые валы 9, на которых установлены сателлитные блоки 10. Шлицевые валы заканчиваются зубчатыми венцами 11, находящимися в зацеплении через промежуточные шестерни 12 с зубчатым колесом 13, второй венец 14 которого зацепляется с ускоряющей шестерней 15 ведомого вала 16.

В корпусе размещено с возможностью осевого перемещения и поворота центральное колесо 17 с круговыми реечными зубьями 18 на наружной поверхности. Эти зубья входят в зацепление с зубьями секторов 19, на оси поворота которых закреплены синхронизирующие сектора 20, а на оси со стороны совмещенной педали 21 управления крепится еще шестерня 22. Зубья этой шестерни зацепляются с зубьями ползуна-рейки 23. Описанный зубчатый привод позволяет перемещать центральное колесо в осевом направлении, не препятствуя его повороту.

Центральное колесо снабжено продольным пазом 24, в который вставлен конец штыря 25, одновременно проходящий через поперечный паз 26, выполненный в корпусе. На корпусе установлена пластинчатая пружина 27, контактирующая с регулировочным винтом 28, ввинченным в выходящий наружу участок штыря, который соединен с тросом 29 автоматического регулирования мощности, управляющим положением заслонки карбюратора 30. Боуден-оболочка 31 этого троса жестко связана с тросом 32 совмещенной педали управления. Таким образом, положение заслонки карбюратора определяется независимыми перемещениями этих тросов.

Между фланцами вала-водила помещена труба 33 с консолями 34, на которых закреплены пружины 35. Вторые концы пружин соединены со щеками подвески. При фиксированном повороте трубы с консолями пружины натягиваются с усилием, зависящим от угла поворота.

В транспортном вариаторе применена плавно-ступенчатая регулировка оборотов ведомого вала. Каждый сателлитный блок содержит последовательный ряд шестерен с изменяющимся числом зубьев. Каждый зуб шестерни имеет рабочие заходные фаски 36, а между шестернями размещены опорные пояски 37. На кольцах 38 центрального колеса жестко установлены зубчатые венцы 39 с заходными фасками 40. Зубчатые венцы ограждены торцовыми кольцами 41, также имеющими рабочие заходные фаски 42 и опорные пояски 43, которые обеспечивают вхождение в зацепление зубчатых венцов смежных шестерен и осевой зазор 44 для нормальной работы зубчатой пары.

Как вариант, в эпициклическом зацеплении вариатора применены блоки зубчатых венцов 45 внутреннего зацепления с рабочими заходными фасками 46, чередующиеся промежуточными кольцами 47 с рабочими фасками 48 и опорными поясками 49. Сателлитные блоки в этом случае выполнены в виде одинаковых шестерен 50, снабженных заходными фасками 51 и разграниченных проставками 52 с рабочими заходными фасками 53 и опорными поясками 54.

Совмещенная педаль управления вариатора служит для осевого перемещения центрального колеса и независимого управления частотой и мощностью двигателя, которое осуществляет рычаг 55. Ось 56 поворота делит педаль на плечо 57 рабочих оборотов и плечо 58 холостых оборотов двигателя. Возврат педали в нейтральное положение осуществляет пружина 59, которая крепится в стакане 60 и регулируется гайкой 61.

Ползун-рейка размещена в направляющих 62, снабжена лунками 63 для шарикового фиксатора 64, возвратной пружиной 65 сжатия-растяжения и демпфером 66 замедлителем обратного хода с клапаном 67 и регулируемым дросселем 68.

При вращении ведущего вала-водила его окружная скорость вычитается из противоположно направленной окружной скорости сателлитов и, в зависимости от величины и знака разности скоростей, на зубчатом венце колеса ведомого вала образуется результирующая величина окружной скорости, т.е. скорость ведомого вала и направление его вращения зависит от соотношения диаметров работающего сателлита сателлитного блока 10, зубчатого венца 39 центрального колеса, зубчатого венца 11 сателлитного блока и зубчатого колеса 13 (ускоряющая передача на ведомый вал не учитывается). При равенстве произведений диаметра зубчатого колеса 13 на диаметр работающего сателлита сателлитного блока 10 и диаметра зубчатого венца 39 центрального колеса на диаметр зубчатого венца 11 сателлитного блока происходит свободная обкатка промежуточными шестернями 12 зубчатого колеса 13 без передачи ему вращения. При других соотношениях на ободе зубчатого колеса 13 возникает результирующая разница окружных скоростей сателлита и зубчатого венца сателлитного блока.

При освобожденном состоянии совмещенной педали 21 управления 21 пружина 65 перемещает ползун-рейку, а следовательно, и центральное колесо в положение нулевой скорости, т.е. в состояние вышеописанного соотношения элементов передачи. В этом положении ползун-рейка 23 фиксируется фиксатором 64. При запуске двигателя, если вал-водило 2 развил достаточные обороты, сателлиты обкатывают зубчатый венец 39 по опорным поясками 43, обеспечивая осевой зазор 44 нормального зацепления. При перемещении педали 21 вперед, через шестерню 22 и синхронизирующие сектора 20 осуществляется поворот зубчатых секторов 19, передвигающих центральное колесо 17 вдоль оси. Вначале вступают в контактирование рабочие заходные фаски 38 сателлитов и торцовых колец 42. Сателлитные блоки отжимаются и создают фрикционное усилие. Далее, по опорным поясками 43 смежные сателлиты входят в зону зубчатого венца 39, зубья которого перемещаются под зубьями сателлитов до момента их выхода по внутренним рабочим заходным фаскам 42. В промежуточном положении зубчатого венца 39 из-за наличия встречных скосов между смежными лунками 63 ползун-рейка находится в неустойчивом состоянии. Поэтому фрикционная передача усилия кратковременна и в основном служит для плавности перехода.

Если при трогании автомобиля с места возникает большой момент сопротивления движения, на валу двигателя возрастает крутящий момент, который вызывает повышенный реактивный момент на центральном колесе. Под действием этого момента центральное колесо поворачивается, штырь 25 перемещается в пазу 26, а трос 29 автоматического регулирования мощности перемещает заслонку карбюратора в сторону увеличения крутящего момента на валу двигателя.

Для предотвращения аварийной ситуации, при потере водителем способности к управлению, предусмотрено аварийное торможение. Для осуществления обычного (не аварийного) торможения водителю следует ослабить усилие на перемещение ползуна-рейки вперед, сохранив поворот педального рычага. В этом случае пружины 65 вернут механизм в положение, при котором автомобиль остановится за время, определяемое водителем. Если водитель по какой-либо причине ослабил усилие на педаль или полностью ее освободил, осуществляется автоматическое аварийное торможение: под действием пружины 59 рычаг 55 устанавливается в нейтральное положение, когда еще сохраняются обороты двигателя, достаточные для прижима сателлитов к венцам центрального колеса, ползун-рейка 23 пружиной 65 перемещает центральное колесо в зону нулевой скорости, клапан 67 закрыт, и дросселируемый воздух препятствует слишком резкому автоматическому торможению.

В заключение следует остановиться на причинах введения ускоряющей передачи на ведомый вал.

Формула передаточного числа i транспортного вариатора включает в себя соотношение диаметров работающего сателлита d_с зубчатого венца сателлитного блока d_в, колеса наружного зацепления d_н блока ведомого вала, зубчатого венца центрального колеса d_э, большой d_б и малой d_мшестерен ускоряющей передачи: i Для транспортного вариатора при его практических габаритах, когда, например, d_э 220 (m 2, z 110), d_c 80 (m 2, z 40), d_н 120 (m 2, z 60), d_в 30 (m 2, z 14), d_б 192 (z 64, m 3), d_м 60 (z 20, m 3), передаточное число равно единице. Естественно, оно может быть и другим, т.е. частота ведомого вала может плавно (учитывая работу фрикционных поясов) меняться от реверса до нуля d_c 55) и далее до оборотов, которые превышают частоту ведущего вала (d_c > 80), разумеется, если позволяет мощность двигателя.

Формула изобретения

1. Транспортный вариатор, содержащий корпус, ведущий и ведомый валы, сателлиты, оси которых параллельны осям валов, центральное колесо с внутренними рабочими поверхностями, установленное в корпусе с возможностью осевого перемещения, механизм осевого перемещения центрального колеса и блок зубчатых колес ведомого вала, педаль управления и элемент автоматического регулирования, отличающийся тем, что он снабжен подпружиненными подвесками, установленными с возможностью поворота на штангах фланцев, размещенных на ведущем валу, в щеках подвесок установлены оси сателлитов, причем сателлиты объединены в сателлитные блоки, имеют расположенные на общей оси с последними зубчатые венцы, связанные через промежуточные шестерни с блоком зубчатых колес ведомого вала, а механизм осевого перемещения центрального колеса выполнен в виде кинематически связанных реечных зубьев на его наружной поверхности, синхронизирующих зубчатых секторов и зубчатого привода на ползун-рейку педали управления, причем в центральном колесе выполнен продольный паз, в корпусе - поперечный паз, а на корпусе установлена пружина реактивного момента, контактирующая с регулировочным винтом штыря, размещенного в обоих пазах и соединенного с элементом автоматического регулирования мощности двигателя через трос.

2. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что ось поворота педали управления разделяет педаль управления на два плеча, связанных с рычагом троса форсирования мощности и пружиной сжатия-растяжения, освобожденное состояние которой соответствует установке троса форсирования мощности в положение минимальных рабочих оборотов двигателя, при котором сателлитные блоки контактируют с зубчатыми венцами рабочей поверхности центрального колеса.

3. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что сателлиты каждого сателлитного блока выполнены в виде набора шестерен последовательно меняющихся диаметров с чередующимися рабочими заходными фасками и опорными поясками, а центральное колесо состоит из колец, снабженных зубчатыми венцами, огражденными торцевыми кольцами с рабочими заходными фасками и опорными поясками.

4. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что сателлиты каждого сателлитного блока выполнены в виде одинаковых шестерен, разделенных проставками с рабочими заходными фасками и опорными поясками, а кольца центрального колеса выполнены в виде набора шестерен с внутренним зацеплением последовательно меняющихся диаметров, чередующихся с кольцами с опорными поясками и рабочими заходными фасками.

5. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что боуден-оболочка троса автоматического регулирования мощности двигателя соединена с тросом форсирования мощности педали управления.

6. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что ползун-рейка педали управления снабжен шариковым фиксатором, имеет чередующиеся скосами лунки, определяющие его устойчивое положение в местах, соответствующих полному совмещению зубчатых венцов сателлитов с зубчатыми венцами центрального колеса, снабжен пружиной сжатия-растяжения для установки его при освобожденной педали в положение, соответствующее остановке ведомого вала, и демпфером-замедлителем обратного хода.

7. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что ведомый вал снабжен ускоряющей передачей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5